光化学反応

歴史

人間による光化学の使用は、カナン石の人々が地中海の東の海岸線に定住した紀元前1500年までに青銅器時代後期に始まった。 彼らは、光化学反応を用いて、地元の軟体動物から紫色の高速染料(現在は6,6′-ジブロモインジゴチンと呼ばれる)を調製し、その使用は後にホーマーの叙事詩やペンタイトのような以前の時代に記載された鉄器時代の文書で言及された。 実際、カナンという言葉は”赤紫色”を意味するかもしれません。「ティリアの紫色として知られているこの染料は、後にローマのカエサルの外套を着色するために使用されました。

ブリタニカプレミアムサブスクリプションを取得し、排他的なコンテンツへのアクセスを得る。 最も単純な光化学プロセスでは、励起状態は蛍光または燐光の形で光を放出することができる。 1565年、メキシコの木材を調査して尿路結石の痛みを和らげたとき、スペインの医師ニコラス-モナルデスは、日光にさらされると青く輝く木材の水性(水ベースの)抽出物を作った。 1853年、イギリスの物理学者ジョージ-ストークスは、キニーネ溶液が雷の閃光にさらされたことに気づき、蛍光と呼ばれる短い青色の輝きを放ちました。 ストークスは、雷が紫外線の形でエネルギーを放出することに気づいた。 キニーネ分子はこのエネルギーを吸収し、それをよりエネルギーの少ない青色放射として再放出した。 (トニック水はまた苦い好みを提供するために加えられるキニーネのために青く光る。)

16世紀のフィレンツェの彫刻家Benvenuto Celliniは、ダイヤモンドが日光にさらされ、日陰に置かれたことを認識し、何秒間も続いた青い輝きを放ちました。 このプロセスは燐光と呼ばれ、それが持続する時間の長さによって蛍光と区別されます。 合成無機蛍光体は、1603年にボローニャのcobbler-alchemist Vincenzo Cascarioloによって、天然鉱物の硫酸バリウムを木炭で還元して硫化バリウムを合成することによって調製された。 日光に曝されると蛍光体は長寿命の黄色の輝きを放ち、多くの人がボローニャに旅行して鉱物(ボローニャ石と呼ばれる)を集めて蛍光体を作ったと十分に考えられていた。 1652年のイタリアの天文学者ニッコロ・ズッキによるその後の研究では、燐光は蛍光体を励起するのに必要な波長よりも長い波長で放出されることが示された。 さらに、1728年にイタリアの物理学者Francesco Zanottiは、励起放射の色が増加するエネルギーに変化しても、燐光は同じ色を保つことを示しました。 これらの同じ特性は蛍光にも当てはまります。

現代の有機光化学の時代は、1866年にロシアの化学者Carl Julius von Fritzcheが、UV放射にさらされた濃縮アントラセン溶液が沈殿物として溶液から落ちることを発 この沈殿は、アントラセン分子が対、または二量体で一緒に結合し、もはや可溶性ではないために起こる。

19世紀と20世紀初頭には、科学者たちは蛍光と燐光の基礎の基本的な理解を開発しました。 基礎は、材料(染料および蛍光体)が光学放射を吸収する能力を持たなければならないことを認識していた(Grotthus-Draperの法則)。 ドイツの化学者ロバート・ブンゼンとイギリスの化学者ヘンリー・ロスコーは、1859年に、蛍光または燐光の量は吸収された光放射の総量によって決定され、放射のエネルギー含有量(すなわち、波長、色、または周波数)によって決定されないことを示した。 1908年、ドイツの物理学者ヨハネス・スタークは、放射線の吸収が量子遷移の結果であることを認識し、これは1912年にドイツの物理学者アルベルト・アインシュタインによってさらに拡張され、エネルギーの保存が含まれるようになった。 前の文で暗黙的には、単一の分子が正確に1つの光光子を吸収する可能性があると述べているStark-Einsteinの法則とも呼ばれる光化学等価法則があります。 物質に吸収されるエネルギーの量は、吸収される光子の数と各光子のエネルギーの積であるが、光化学プロセスの程度を決定するのは、放射強度と吸収された光子の数であり、それらのエネルギーではない。

光放射の吸収の現代の量子力学的記述は、低エネルギー軌道からよりエネルギーの高い軌道への電子の促進を含む。

光放射の吸収の現代の量子力学的記述は、 これは、分子(または原子)が基底状態(または最低エネルギー状態)から励起状態(またはより高いエネルギー状態)に促進されるということと同義である。 この励起状態分子は、基底状態分子とは大きく異なる特性を有することが多い。 さらに、一連の事象が元の基底状態に戻るか、最終的にはそれ自身の基底状態に達する新しい化学種を形成するため、分子の励起状態は短命である。

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